智能綜采作業(yè)中采煤機(jī)關(guān)鍵控制技術(shù)研究

張進(jìn)忠

（山西忻州神達(dá)南岔煤業(yè)有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

采煤機(jī)是一種集機(jī)、電、液于一體的大型機(jī)械設(shè)備，也是煤礦井下智能化綜采作業(yè)的核心裝備，主要通過控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)搖臂的上下移動完成割煤動作，同時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制、遠(yuǎn)程截割控制及噴霧降塵等，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了煤礦井下綜采作業(yè)的效率和安全性。目前多數(shù)采煤機(jī)研究方向主要是對于智能截割控制系統(tǒng)的研究，較少涉及到采煤機(jī)實(shí)際工作時(shí)調(diào)高系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制及噴霧降塵等關(guān)鍵技術(shù)。因此本文對采煤機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)及實(shí)施方案進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步深化采煤機(jī)自動控制研究、提高采煤機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性奠定了基礎(chǔ)，對實(shí)現(xiàn)綜采面的無人化綜采作業(yè)具有十分重要的意義。

1 采煤機(jī)自動調(diào)高控制及數(shù)據(jù)通信

采煤機(jī)自動調(diào)高控制系統(tǒng)主要用于控制采煤機(jī)搖臂的升降，滿足截割機(jī)構(gòu)的截割作業(yè)需求，而實(shí)施調(diào)高控制的基礎(chǔ)在于對調(diào)整高度的精確監(jiān)測。通過對多種調(diào)高監(jiān)測方案的研究，最終確定采用在搖臂調(diào)高油缸內(nèi)設(shè)置高精度的位移傳感器，在采煤機(jī)搖臂處設(shè)置角度傳感器，通過雙傳感器測定來實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)搖臂高度的精確監(jiān)測[1]，傳感器的位置監(jiān)測誤差在±1 mm 以內(nèi)，其工作時(shí)的位置記憶精度達(dá)到了±5 mm。在工作時(shí)設(shè)置在油缸內(nèi)的位移傳感器通過監(jiān)測執(zhí)行油缸伸出的長度，根據(jù)預(yù)設(shè)的三角形模型來測算采煤機(jī)搖臂的截割高度。

角度傳感器設(shè)置在搖臂和機(jī)身之間，通過測量搖臂的調(diào)高角度，再利用三角形邊長計(jì)算方法，來實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)搖臂截割高度的確定。由于角度傳感器裸露在外，因此極易被綜采作業(yè)時(shí)的煤塊和落煤沖擊，導(dǎo)致失效，為了提升角度傳感器的工作穩(wěn)定性和可靠性，特設(shè)計(jì)了角度傳感器保護(hù)裝置，確保傳感器工作時(shí)的可靠性和使用壽命，該保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 傳感器保護(hù)罩示意圖

采煤機(jī)在截割作業(yè)過程中其自動截割控制、遠(yuǎn)程截割控制以及智能控制等均包含了大量的傳感器和通信中心，需要在瞬時(shí)傳遞大量的數(shù)據(jù)。由于井下環(huán)境惡劣、電磁干擾嚴(yán)重，極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸信號被干擾失真，因此需要通信系統(tǒng)具有極大的瞬時(shí)流量和極強(qiáng)的抗干擾能力，滿足通信可靠性的需求。在對多種數(shù)據(jù)傳輸方案進(jìn)行分析后，最終確定了CAN 數(shù)據(jù)總線傳輸模式[2]，所有的通信接口均采用本安接口，數(shù)據(jù)通信協(xié)議均采用RS485 通信協(xié)議，滿足數(shù)據(jù)傳輸可靠性的需求。

2 采煤機(jī)遠(yuǎn)程自動化控制

采煤機(jī)在自動截割作業(yè)過程中極易出現(xiàn)片幫異常，影響煤礦井下的正常綜采作業(yè)，目前通常需要人工在井下進(jìn)行巡檢，人工控制采煤機(jī)的啟動、停止和調(diào)整，不僅工作量大而且易遺漏。因此本文提出了一種采用遠(yuǎn)程雙回路互鎖的遠(yuǎn)程自動控制方案，其控制原理如下頁圖2 所示[3]。

圖2 采煤機(jī)遠(yuǎn)程自動控制原理圖

當(dāng)采煤機(jī)需要遠(yuǎn)程啟動時(shí)，系統(tǒng)首先接通控制開關(guān)P，然后遠(yuǎn)程啟動控制開關(guān)K1接通，使采煤機(jī)上的遠(yuǎn)程先導(dǎo)回路接通，控制采煤機(jī)的遠(yuǎn)程啟動，當(dāng)系統(tǒng)需要遠(yuǎn)程關(guān)閉時(shí)，同樣先接通控制開關(guān)P，然后遠(yuǎn)程停止開關(guān)K2和繼電器K3先后接通，控制采煤機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)需要在井下對采煤機(jī)的啟動和運(yùn)行進(jìn)行控制時(shí)可以通過系統(tǒng)上的就地啟動和就地急停按鈕來控制，滿足采煤機(jī)在不同情況下控制靈活性的需求。

通過該采煤機(jī)遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對采煤機(jī)綜采作業(yè)的遠(yuǎn)程調(diào)控，進(jìn)而提升采煤機(jī)在綜采作業(yè)時(shí)的安全性，并可減少2 名綜采面巡檢人員，提高了綜采的經(jīng)濟(jì)性。

3 采煤機(jī)噴霧降塵系統(tǒng)

采煤機(jī)在截割作業(yè)時(shí)會產(chǎn)生大量的粉塵，不僅造成綜采面能見度低下而且還嚴(yán)重影響了綜采作業(yè)人員的身體健康。因此，為了進(jìn)一步提高降塵效率，本文提出了一種新的采煤機(jī)外噴霧裝置，該裝置主要包括了噴霧裝置、高壓管路主儲水裝置等構(gòu)成，根據(jù)噴霧需求，高壓管路的氣源選擇可調(diào)式高壓泵，管路采用了從20 mm 漸變到15 mm 的變管徑管路，從而保證噴嘴處能一直保持10 MPa 以上的噴霧壓力，最大限度地?cái)U(kuò)展噴霧降塵范圍，提高降塵效果。

傳統(tǒng)的噴嘴直徑通常采用1 mm 的小噴嘴，雖然能夠保證較好的噴射范圍和霧化能力，但當(dāng)其不工作時(shí)極易被堵塞，需要頻繁地更換。本文通過研究定壓力下不同直徑噴嘴對噴霧降塵效果的影響，最終確定采用1.5 mm 口徑的噴嘴，實(shí)現(xiàn)了噴霧效果和防堵塞效果的最佳統(tǒng)一。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，新的采煤機(jī)噴霧降塵系統(tǒng)能夠?qū)⒕C采面的粉塵濃度降低85%以上，對提升綜采面綜采作業(yè)安全具有十分重要的意義，該新型采煤機(jī)噴霧降塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示[4]。

圖3 采煤機(jī)噴霧降塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語

為了提升采煤機(jī)綜采作業(yè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，本文對采煤機(jī)調(diào)高控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程自動化控制系統(tǒng)和噴霧控制系統(tǒng)等關(guān)鍵控制技術(shù)進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步優(yōu)化采煤機(jī)關(guān)鍵控制技術(shù)、提高控制精度奠定了基礎(chǔ)。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：

1）在搖臂調(diào)高油缸內(nèi)設(shè)置高精度的位移傳感器，在采煤機(jī)搖臂處設(shè)置角度傳感器，通過雙傳感器測定來實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)搖臂高度的精確監(jiān)測方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對采煤機(jī)搖臂截割高度的精確監(jiān)測。

2）CAN 數(shù)據(jù)總線傳輸模式能夠滿足數(shù)據(jù)傳輸安全性和快速性的需求。

3）采煤機(jī)遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對采煤機(jī)綜采作業(yè)的遠(yuǎn)程調(diào)控，進(jìn)而提升采煤機(jī)在綜采作業(yè)時(shí)的安全性。

4）采煤機(jī)噴霧降塵系統(tǒng)能夠?qū)⒕C采面的粉塵濃度降低85%以上，對提升綜采面綜采作業(yè)安全具有十分重要的意義。